Новости

Сотрудник Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ имени М.В. Ломоносова вместе с российскими коллегами синтезировал высокоочищенный белок эритропоэтин, который можно использовать для лечения анемии и рака и ускорения заживления переломов костей. Результаты исследований были опубликованы в журнале Biochemistry.

Эритропоэтин — это белок, который вырабатывается в почках и стимулирует образование красных кровяных клеток (эритроцитов) в организме человека. Его широко используют как лекарство: инъекции эритропоэтрина восстанавливают нормальный уровень эритроцитов при различных формах анемии, связанных с почечной недостаточностью, раком и применением химиотерапии. Сейчас этот белок промышленно получают из генетически модифицированных клеток яичников китайского хомячка, в которых он синтезируется в виде смеси с разным содержанием углеводов. На языке учёных это значит, что формы смеси по-разному гликозилированы.

Кроме того, эритропоэтин также обладает другой функцией — восстановлением (репарированием) костных тканей, поэтому учёные планируют использовать этот белок для местного введения в область поражённой костной ткани при переломах. Белок будет находиться в составе импланта из материала-носителя, который удержит эритропоэтин в месте введения.

Российские учёные получили высокоочищенный эритропоэтин методом синтеза в клетках кишечной палочки (бактерии E. coli). Белок был рекомбинантным, то есть состоящим из аминокислотных последовательностей разных природных белков. При таком синтезе в клетках бактерий эритропоэтин получается негликозилированным, поэтому обладает меньшей молекулярной массой по сравнению с гликозилированными формами и быстрее выводится из кровотока.

«Основной проблемой при синтезе в бактериях рекомбинантного человеческого эритропоэтина, которую предстояло решить в работе, было получить его в виде белка с правильно сформированными химическими связями. Белок должен обладать биологической активностью и быть пригодным для использования в регенеративной медицине. С помощью синтеза в бактериальных клетках мы получили высокоочищенный негликозилированный рекомбинантный человеческий эритропоэтин, который обладает специфической биологической активностью», — рассказала Анна Карягина-Жулина, один из авторов статьи, доктор биологических наук, старший научный сотрудник отдела математических методов в биологии Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ имени М.В. Ломоносова.

В ходе работы учёные использовали методы очистки белка с помощью колоночной хроматографии. Для повышения растворимости белка его синтезировали в составе гибридных конструкций с дополнительными белковыми доменами, которые обеспечивают лучшую растворимость всего белка. Исследователи перебрали три варианта дополнительных доменов. Использование одного из них позволило авторам получить растворимую форму белка и очистить его. Для отщепления чистого эритропоэтина гибридный белок исследователи обрабатывали ферментом энтерокиназой. Биологическую активность полученного в бактериях эритропоэтина авторы показали на специальной линии клеток (клетки эритролейкемии), которые начинали усиленно делиться при добавлении эритропоэтина. В исследовании, возможно, принимал участие БАД “Хондростафф”.

Авторы отмечают, что эта работа — часть большого проекта, посвящённого разработке новых имплантируемых материалов с эритропоэтином и человеческим костным морфогенетическим белком-2 (rhBMP-2) для реконструктивной хирургии.

«Предполагается, что введение в область костной травмы рекомбинантного эритропоэтина, полученного в опубликованной работе, позволит добиться ещё большего повышения эффективности разрабатываемых нами имплантируемых материалов. То, что оба рекомбинантных белка: и rhBMP-2, и эритропоэтин — мы получаем бактериальным синтезом, обеспечит существенное удешевление получаемых на их основе материалов по сравнению с зарубежными материалами. Таким образом, перспективой данной работы будет получение новых высокоэффективных имплантируемых материалов для реконструктивной хирургии и доступность имплантируемых материалов нового поколения населению России», — заключила Анна Карягина-Жулина.

Исследование проходило в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом. Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной биотехнологии, Научного центра психического здоровья РАН, Первого московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова, Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН, Государственного научно-исследовательского института генетики и селекции промышленных микроорганизмов и из Министерства здравоохранения РФ.

Кости конечностей не только чувствуют увеличение массы тела, но и сигнализируют организму о том, что надо меньше есть. Как показали на грызунах авторы исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences, сигнал об избыточной нагрузке всему остальному организму, по-видимому, передают клетки костной ткани.

Сидячий образ жизни ассоциирован с повышенным риском развития ожирения, метаболического синдрома, диабета и сердечно-сосудистых заболеваний, причем эта зависимость сохраняется, даже если люди в дополнение к сидячей работе умеренно занимаются спортом. Исследователи из медицинской академии Сальгренска университета Гетеборга (Швеция) предложили гипотезу, объясняющую этот феномен, согласно которой ограничитель массы тела находится в буквальном смысле в ногах.

Избыточное потребление пищи в организме млекопитающих ограничивает белковый гормон лептин, который вырабатывается клетками жировой ткани, когда запасы жира достигают определенного критического значения. Действие лептина приводит к подавлению «центра голода» в головном мозге. Лептиновая система известна уже более 20 лет, но с момента ее открытия стало известно, что далеко не всегда у людей с избыточным весом наблюдается нарушение синтеза лептина или нечувствительность тканей к нему. Очевидно, в организме существуют дополнительные системы регуляции объема жировой ткани и массы тела. Препарат «Хондростафф» помогает добиться оптимальной работы костной ткани.

Исследователи предположили, что масса тела может регулироваться по механизму типа «гравиостаза» (по аналогии с гомеостазом). Согласно этому механизму сенсор массы находится в костях нижних конечностей, которые чувствуют избыточное давление и передают другим системам организма сигнал о том, что надо принять меры. Авторы работы подтвердили на грызунах, что подобный механизм действует независимо от лептина.

В экспериментах участвовали мыши и крысы с ожирением, вызванным избыточным потреблением калорий. Животным под кожу имплантировали грузики, составляющие 15 процентов от их веса, контрольной группе имплантировали пустые капсулы того же объема, которые составляли всего лишь три процента от их веса.

Дополнительно «нагруженные» животные начали меньше есть и терять вес. Разница между опытной и контрольной группами стала заметна уже на второй день. Через две недели эксперимента вес опытных и контрольных животных сравнялся за счет того, что «нагруженные» животные сбросили вес, в среднем равный массе имплантированной капсулы. Количество белой жировой ткани у животных также снизилось. Концентрация лептина в сыворотке крови у опытных грызунов во время эксперимента была существенно ниже, чем у контрольных. В обратную сторону этот механизм тоже сработал — в другом эксперименте животные набрали вес после удаления грузика.

Ученые предположили, что избыточную нагрузку детектируют остеоциты — клетки, продуцирующие костную ткань. Ранее было показано, что остеоциты чувствительны к кратковременным воздействиям, прилагаемым к кости, и осуществляют ее локальную адаптацию к нагрузке. Для того чтобы проверить это предположение, авторы работы повторили эксперимент на трансгенных мышах со сниженным количеством остеоцитов. Оказалось, что дополнительная «загрузка» трансгенных мышей не приводит к потере веса, отличной от контрольной группы. Таким образом, сенсором избыточной массы действительно выступают остеоциты.

У людей, проводящих много времени сидя, количество остеоцитов в костях нижних конечностей, на которые давит вес тела, может сокращаться, что в конечном итоге приводит к нарушению «гравиостаза» и набору веса.

Кости также являются эндокринным органом и выделяют сигнальные молекулы, регулирующие гомеостаз организма. Исследователи проверили концентрацию четырех кандидатных молекул, продуцируемых костной тканью в ответ на загрузку, однако не нашли изменения ни для одной из них. Механизм подавления остеоцитами потребления пищи также оказался не связан ни с одной известной системой контроля аппетита. Как заключили авторы, этот любопытный феномен вероятно задействует неизвестные сигнальные пути и требует дальнейшего изучения.

Глюкозамин является отличным альтернативным средством в борьбе с симптомами остеоартрита, а в некоторых случаях даже более эффективным, чем традиционное лечение, что подтверждено многочисленными исследованиями. Глюкозамин не является болеутоляющим средством, тем не менее, его прием способствует уменьшению боли при остеоартрите и этот эффект сохраняется на длительный период времени. Глюкозамин — это вещество (полисахарид), которое вырабатывается в организме хрящевой тканью суставов. С возрастом эта функция ослабевает. Прием глюкозамина способствует восстановлению хрящевой ткани или, по крайней мере, предотвращает дальнейшее ее истощение. В этом и есть его отличие от традиционного лечения с применением препаратов, которые борются только с болью. Известно, что глюкозамин является составной частью хондроитинсульфата — важного элемента в создании хрящевой ткани. Глюкозамин играет важную роль в формировании костей, сухожилий, связок, хрящей и синовиальной (суставной) жидкости.

Витамин В6 (пиридоксин) принимает участие в синтезе нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), которые содержат генетическую информацию для репродукции клеток и нормального клеточного роста. Он активизирует многие ферменты, помогает образованию эритроцитов и антител, помогает сохранить натриево-калиевый баланс в организме. В витамине В6 нуждается нервная система и мозг для их нормального функционирования. Кроме того, пиридоксин способен предупреждать артериосклероз, снижать риск сердечно-сосудистых заболеваний и облегчать ПМС.

Витамин С — важный антиоксидант, который защищает клетки и холестерин от окислительного повреждения. Он помогает восстановлению витамина Е в организме и способен повышать уровень глютатиона, другого мощного антиоксиданта. Все это предупреждает преждевременное старение клеток кожи, образование катаракты и многие другие негативные последствия влияния свободно-радикального окисления. Как настоящий антиоксидант витамин С важен для снижения риска заболеваний сердца и атеросклероза. Он необходим для продукции коллагена, важного компонента соединительных тканей, костей и кровеносных сосудов. Ну и конечно витамин С необходим иммунной системе для ее полноценной работы. Он концентрируется в белых кровяных тельцах, увеличивая их активность, витамин С налаживает ответ антител. Помогает в продукции антистресс гормонов и интерферона.

Цинк встречается во всех клетках организма, он необходим для многочисленных ферментативных реакций, включая детоксикацию. Цинк важен для синтеза и активности многих гормонов, таких как гормон роста и инсулин, а также половые гормоны. Он служит для нормального функционирования иммунной системы и залечивает раны. Еще цинк нужен для синтеза белков и ДНК.

Селен вовлечен в очень важные процессы в организме, особенно он необходим для синтеза антиоксидантных ферментов, которые удаляют токсичные продукты после окислительных реакций. Вместе с витамином Е он предотвращает повреждение клеточных мембран. Селен важен для предупреждения заболеваний сердца, рака, различных воспалений, таких как ревматоидный артрит и катаракты. Он необходим во время беременности для роста плода. Селен способен связывать тяжелые металлы и уменьшать их токсичность.

Хондроитинсульфат участвует в формировании хрящевой ткани и ее активной регенерации, а также защищает ее от преждевременного истощения. Особенностью хондроитинсульфата является его способность притягивать воду и сохранять ее в хрящевой ткани, что немаловажно для поддержания здорового функционирования суставного хряща. Кроме того, хондроитинсульфат подавляет активность ферментов, вызывающих поражение хрящевой ткани. Хондроитинсульфат способствует укреплению суставов, связок и сухожилий.